NoSQL之redis高可用(主从复制、哨兵、集群)搭建

news2025/1/15 13:06:38

目录

一、redis集群的三种模式

1、主从复制 

2、哨兵 

3、集群

二、Redis的主从复制

1、主从复制的作用

2、主从复制流程

3、搭建Redis 主从复制

实验环境:

3.1 安装 Redis

3.2 修改 Redis 配置文件(Master节点操作)

3.3 配置两台slave节点(两台一样)

3.4 验证主从效果

三、Redis 哨兵模式

1、哨兵模式原理

​编辑

2、哨兵模式的作用:

3、故障转移机制

4、搭建Redis 哨兵模式 

实验环境

4.1 修改 Redis 哨兵模式的配置文件(所有节点操作)

4.2 启动哨兵模式

4.4 查看哨兵信息

 4.5 故障模拟

4.5 恢复过程

四、Redis 群集模式

1、什么是Redis集群模式?

2、集群的作用

3、集群模式的数据分片介绍

 4、redis集群的主从复制模型

5、搭建Redis 群集模式

一、redis集群的三种模式

redis群集有三种模式,分别是主从同步/复制、哨兵模式和Cluster(集群)。

1、主从复制 

主从复制时高可用Redis的基础,哨兵和cluster都是在主从复制基础上实现高可用的,主从复制主要实现了数据的多级备份,以及对与读操作的负载均衡和简单的故障恢复。

缺陷:①故障恢复无法自动化,②写操作无法负载均衡,③存储能力受到单机的限制

2、哨兵 

在主从复制的基础上,哨兵实现了自动化的故障恢复

缺陷:①写操作无法负载均衡,②存储能力受到单机的限制

3、集群

通过集群,Redis解决了写操作无法负载均衡以及存储能力受到单机限制的问题,实现了较为完善的高可用的方案。

二、Redis的主从复制

主从复制,是指将一台Redis服务器的数据,复制到其他的Redis服务器。前者称为主节点(Master),后者称为从节点(Slave);数据的复制是单向的,只能由主节点到从节点。

默认情况下,每台Redis服务器都是主节点;且一个主节点可以有多个从节点(或没有从节点),但一个从节点只能有一个主节点。 

1、主从复制的作用

  • 数据冗余:主从复制实现了数据的热备份,是持久化之外的一种数据冗余方式。
  • 故障恢复:当主节点出现问题时,可以由从节点提供服务,实现快速的故障恢复;实际上是一种服务的冗余。
  • 负载均衡:在主从复制的基础上,配合读写分离,可以由主节点提供写服务,由从节点提供读服务(即写Redis数据时应用连接主节点,读Redis数据时应用连接从节点),分担服务器负载;尤其是在写少读多的场景下,通过多个从节点分担读负载,可以大大提高Redis服务器的并发量。
  • 高可用基石:除了上述作用以外,主从复制还是哨兵和集群能够实施的基础,因此说主从复制是Redis高可用的基础。
     

2、主从复制流程

(1)若启动一个Slave机器进程,则它会向Master机器发送一个“sync command”命令,请求同步连接。
(2)无论是第一次连接还是重新连接,Master机器都会启动一个后台进程,将数据快照保存到数据文件中(执行rdb操作),同时Master还会记录修改数据的所有命令并缓存在数据文件中。
(3)后台进程完成缓存操作之后,Master机器就会向Slave机器发送数据文件,Slave端机器将数据文件保存到硬盘上,然后将其加载到内存中,接着Master机器就会将修改数据的所有操作一并发送给Slave端机器。若Slave出现故障导致宕机,则恢复正常后会自动重新连接。
(4)Master机器收到Slave端机器的连接后,将其完整的数据文件发送给Slave端机器,如果Mater同时收到多个Slave发来的同步请求,则Master会在后台启动一个进程以保存数据文件,然后将其发送给所有的Slave端机器,确保所有的Slave端机器都正常。

1、从服务器发送SYNC同步数据请求
2、主Redis会fork一个子进程,然后产生RDB文件(完备),此时客户端还是持续写入新的命令。
3、RDB文件持久化完成后,主Redis会将RDB文件和缓存起来的命令推送给从服务器
4、推送完成后,主Redis会利用AOF(增备)持久化功能,持续的同步操作命令到从服务器。

#后续所有的同步操作,只要没有新的从设备接入,都是会使用AOF的方式进行同步数据
 

3、搭建Redis 主从复制

实验环境:

Master节点: 192.168.247.20
Slave1节点: 192.168.247.21
Slave2节点: 192.168.247.22

3.1 安装 Redis


#关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0

#安装环境
yum -y install gcc gcc-c++ make

#解压
cd /opt
tar -zxvf redis-5.0.7.tar.gz

#编译
cd /opt/redis-5.0.7/
make 
make PREFIX=/usr/local/redis install

#安装redis服务
cd /opt/redis-5.0.7/utils

yum -y install expect
/usr/bin/expect <<EOF
spawn ./install_server.sh
expect "instance" {send "\r"}
expect "config" {send "\r"}
expect "log" {send "\r"}
expect "this" {send "\r"}
expect "path" {send "/usr/local/redis/bin/redis-server\r"}
expect "abort" {send "\r"}
expect eof
EOF

#创建软链接,方便启动
ln -s /usr/local/redis/bin/ * /usr/local/bin

3.2 修改 Redis 配置文件(Master节点操作)

vim /etc/redis/6379.conf   redis.conf
bind 0.0.0.0						#70行,修改监听地址为0.0.0.0
daemonize yes						#137行,开启守护进程
logfile /var/log/redis_6379.log		#172行,指定日志文件目录
dir /var/lib/redis/6379				#264行,指定工作目录
appendonly yes						#700行,开启AOF持久化功能


/etc/init.d/redis_6379 restart
#重启服务

如果一直报错等待关闭,可以去pid的文件位置将pid文件删除,然后再使用netstat 过滤出redis的pid号,进行kill掉,后开启redis服务

pid文件位置存在:/var/run/redis_6379.pid

3.3 配置两台slave节点(两台一样)

vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0						#70行,修改监听地址为0.0.0.0
daemonize yes						#137行,开启守护进程
logfile /var/log/redis_6379.log		#172行,指定日志文件目录
dir /var/lib/redis/6379				#264行,指定工作目录		
replicaof 192.168.247.20 6379        #287行,指定要同步的Master节点IP和端口
appendonly yes						#700行,开启AOF持久化功能


/etc/init.d/redis_6379 restart
#重启服务

3.4 验证主从效果

在Master节点上看日志:
tail -f /var/log/redis_6379.log 

在Master节点上验证从节点:
redis-cli info replication

三、Redis 哨兵模式

主从切换技术的方法是:当服务器宕机后,需要手动一台从机切换为主机,这需要人工干预,不仅费时费力而且还会造成一段时间内服务不可用。为了解决主从复制的缺点,就有了哨兵机制。

哨兵的核心功能:在主从复制的基础上,哨兵引入了主节点的自动故障转移。

1、哨兵模式原理

哨兵(sentinel):是一个分布式系统,用于对主从结构中的每台服务器进行监控,当出现故障时通过投票机制选择新的 Master并将所有slave连接到新的 Master。所以整个运行哨兵的集群的数量不得少于3个节点。

2、哨兵模式的作用:

  • 监控:哨兵会不断地检查主节点和从节点是否运作正常。
  • 自动故障转移:当主节点不能正常工作时,哨兵会开始自动故障转移操作,它会将失效主节点的其中一个从节点升级为新的主节点,并让其它从节点改为复制新的主节点。
  • 通知(提醒):哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端。

3、故障转移机制

(1)由哨兵节点定期监控发现主节点是否出现了故障每个哨兵节点每隔1秒会向主节点、从节点及其它哨兵节点发送一次ping命令做一次心跳检测。如果主节点在一定时间范围内不回复或者是回复一个错误消息,那么这个哨兵就会认为这个主节点主观下线了(单方面的)。当超过半数哨兵节点认为该主节点主观下线了,这样就客观下线了。

(2)当主节点出现故障,此时哨兵节点会通过Raft算法(选举算法)实现选举机制共同选举出一个哨兵节点为leader,来负责处理主节点的故障转移和通知。所以整个运行哨兵的集群的数量不得少于3个节点。

(3)由leader哨兵节点执行故障转移,过程如下:

●将某一个从节点升级为新的主节点,让其它从节点指向新的主节点;
●若原主节点恢复也变成从节点,并指向新的主节点;
●通知客户端主节点已经更换。

需要特别注意的是,客观下线是主节点才有的概念;如果从节点和哨兵节点发生故障,被哨兵主观下线后,不会再有后续的客观下线和故障转移操作。

#主节点的选举:

1.过滤掉不健康的(已下线的),没有回复哨兵 ping 响应的从节点。
2.选择配置文件中从节点优先级配置最高的。(replica-priority,默认值为100)
3.选择复制偏移量最大,也就是复制最完整的从节点。

4、搭建Redis 哨兵模式 

哨兵的部署启动,需要依赖于主从复制,所以必须在redis主从复制部署好的情况下再去部署哨兵模式

实验环境

Master节点:192.168.247.20
Slave1节点:192.168.247.21
Slave2节点:192.168.247.22

4.1 修改 Redis 哨兵模式的配置文件(所有节点操作)

vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
protected-mode no								#17行,关闭保护模式
port 26379										#21行,Redis哨兵默认的监听端口
daemonize yes									#26行,指定sentinel为后台启动
logfile "/var/log/sentinel.log"					#36行,指定日志存放路径
dir "/var/lib/redis/6379"						#65行,指定数据库存放路径
sentinel monitor mymaster 192.168.10.23 6379 2	#84行,修改 指定该哨兵节点监控192.168.10.23:6379这个主节点,该主节点的名称是mymaster,最后的2的含义与主节点的故障判定有关:至少需要2个哨兵节点同意,才能判定主节点故障并进行故障转移
sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000	#113行,判定服务器down掉的时间周期,默认30000毫秒(30秒)
sentinel failover-timeout mymaster 180000		#146行,故障节点的最大超时时间为180000(180秒)

4.2 启动哨兵模式

4.4 查看哨兵信息

 4.5 故障模拟

查看并杀死master节点的redis-server

查看哨兵信息

4.5 恢复过程

如过要将以前的master的redis启动,需要先将/var/run/redis_6379.pid文件删除,删除执行在执行/etc/init.d/redis_6379 start ,即可启动redis服务,启动之后,哨兵会将它设置为salve从节点,并自动指向新的节点。

最好再去配置文件中去指向主从复制的master,也就是将重新启动的master的配置文件/etc/redis/6379.conf 中的 288行重新指向新的master。
 

四、Redis 群集模式

1、什么是Redis集群模式?

  • Redis集群模式就是,可以解决写的操作无法负载均衡,存储受到单机限制,以及故障自动切换功能的一种集群。

  • 集群由多个节点组成,Redis的数据分布在这些节点中。

  • 集群中的节点分为主节点和从节点,只有主节点复制读写请求和集群信息的维护,从节点只进行主节点数据和状态信息的复制。

2、集群的作用

①数据分区:数据分区(或称数据分片) 是集群最核心的功能。

  • 集群将数据分散到多个节点,一方面突破了 Redis 单机内存大小的限制,存储容量大大增加;
  • 另一方面每个主节点都可以对外提供读服务和写服务,大大提高了集群的响应能力。
  • Redis 单机内存大小受限问题。

②高可用:集群支持主从复制和主节点的自动故障转移(与哨兵类似) ;当任一节点发生故障时,集群仍然可以对外提供服务。

3、集群模式的数据分片介绍

  • Redis集群引入了哈希槽的概念
  • Redis集群由16384个哈希槽(编号0-16383)
  • 集群的每一个节点负责一部分哈希槽
  • 每个key通过CRC算法后对16384取余来决定放置哪个槽位。
  • 再通过这个槽找到对应的节点,然后直接跳转到这个对应的节点上进行存取操作。
     

#以3个节点组成的集群为例:
节点A包含0到5460号哈希槽
节点B包含5461到10922号哈希槽
节点C包含10923到16383号哈希槽

 4、redis集群的主从复制模型

  • 集群中具有A、B、C三个节点,如果节点B失败了,整个集群就会因缺少5461-10922这个范围的槽而不可以用。
  • 为每个节点添加一个从节点A1、B1、C1整个集群便有三个Master节点和三个slave节点组成,在节点B失败后,集群选举B1位为的主节点继续服务。当B和B1都失败后,集群将不可用。
     

5、搭建Redis 群集模式

实验环境:

搭建集群,需提前安装部署redis

redis的集群一般需要6个节点,3主3从。方便起见,这里所有节点在同一台服务器上模拟:
以端口号进行区分:3个主节点端口号:6001/6002/6003,对应的从节点端口号:6004/6005/6006。

cd /etc/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}

for i in {1..6}
do
cp /opt/redis-5.0.7/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
done

#开启群集功能:
#其他5个文件夹的配置文件以此类推修改,注意6个端口都要不一样。
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001
vim redis.conf
#bind 127.0.0.1							#69行,注释掉bind 项,默认监听所有网卡
protected-mode no						#88行,修改,关闭保护模式
port 6001								#92行,修改,redis监听端口,
daemonize yes							#136行,开启守护进程,以独立进程启动
cluster-enabled yes						#832行,取消注释,开启群集功能
cluster-config-file nodes-6001.conf		#840行,取消注释,群集名称文件设置
cluster-node-timeout 15000				#846行,取消注释群集超时时间设置
appendonly yes							#700行,修改,开启AOF持久化

#开启群集功能:
#其他5个文件夹的配置文件以此类推修改,注意6个端口都要不一样。


修改redis2-6的端口号和文件名(3-6修改方法和下图相同)

#启动redis节点
分别进入那六个文件夹,执行命令:redis-server redis.conf ,来启动redis节点
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001
redis-server redis.conf

for d in {1..6}
do
cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$d
redis-server redis.conf
done

ps -ef | grep redis

#启动集群
redis-cli --cluster create 127.0.0.1:6001 127.0.0.1:6002 127.0.0.1:6003 127.0.0.1:6004 127.0.0.1:6005 127.0.0.1:6006 --cluster-replicas 1

#启动redis节点

#启动集群

#测试群集

redis-cli -p 6001 -c					#加-c参数,节点之间就可以互相跳转
127.0.0.1:6001> cluster slots			#查看节点的哈希槽编号范围
127.0.0.1:6001> set name zhangsan
-> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:6003
OK

127.0.0.1:6001> cluster keyslot name					#查看name键的槽编号

redis-cli -p 6004 -c
127.0.0.1:6004> keys *							#对应的slave节点也有这条数据,但是别的节点没有
1) "name"

 

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